一種焦炭顯微結構圖的三維重建方法技術

本發明專利技術涉及一種焦炭顯微結構圖的三維重建方法。其技術方案是：利用金相顯微鏡得到不同倍數的焦炭顯微圖片集，通過濾波法經平滑處理后進行拼接融合，得到焦炭斷層序列二維顯微結構圖。利用3D?Slicer軟件對焦炭斷層序列二維顯微結構圖進行三維重建，得到體繪制焦炭顯微結構三維重建圖。通過分割、剖切和透視，依次得到分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖、焦炭顯微結構三維剖視圖和焦炭顯微結構三維透視圖。對焦炭斷層序列二維顯微結構圖的焦炭光學組織進行三維重建，得到面繪制焦炭顯微結構三維重建圖。本發明專利技術具有操作簡單、實用、靈活性高和成本低的特點，所得到的焦炭顯微結構圖能直觀、準確地反映焦炭內部的顯微結構。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于焦炭顯微圖像處理
具體涉及一種焦炭顯微結構圖的三維重建方法。
技術介紹
焦炭是一種多孔脆性且含有裂紋的復合材料，在高爐內直接影響高爐順行和熱狀態，因此是高爐重要技術經濟指標之一。同時焦炭也作為供熱劑、還原劑和料柱骨架，對高爐煉鐵起著至關重要的作用。因此，通過較深入的了解焦炭氣孔和焦炭光學組織在焦炭內部的分布有助于提高焦炭利用率，從而降低生產成本，提高經濟效益。所以，如何深入了解焦炭內部顯微結構是當前研究的熱點和難點之一。斷層序列是物體在不同位置上的截面信息的一系列二維圖像，這些圖像在大小、分辨率及色彩信息上都相同，不能充分顯示其復雜的三維細節，而且各相鄰二維圖像在空間上相鄰且保持一定距離，所以斷層序列在空間上具備三維特征。近年來，國內外技術人員普遍通過二維圖像對焦炭顯微結構進行分析。然而，在二維分析中，基質的連續性被低估了。因此，很有必要研究焦炭三維顯微結構。隨著計算機技術和圖像處理技術的發展，三維重建技術已經成功應用在醫療、虛擬現實、軍事、廣告傳媒等諸多領域。這些成熟的技術大部分是采用投射激光、面結構光等主動手段，能獲取較為精準的三維數據，但存在系統操作復雜、成本高和表面變化不能實時跟蹤等缺陷。
技術實現思路
本專利技術旨在克服現有技術的不足，目的是提供了一種操作簡單、實用、靈活性高和成本低的焦炭顯微結構圖的三維重建方法，用該方法得到的焦炭顯微結構圖能直觀、準確地反映焦炭顯微結構。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案的具體步驟是：步驟一、先在焦炭表面選取一個區域作為待重建面，用金相顯微鏡拍攝所述待重建面，得到焦炭顯微圖片集。再用濾波法對焦炭顯微圖片集進行平滑處理，然后拼接融合，得到焦炭斷層序列二維顯微結構圖。所述金相顯微鏡的放大倍數為n倍，n為自然數，40≤n≤200。步驟二、利用3D Slicer軟件，對步驟一所述焦炭斷層序列二維顯微結構圖采用體繪制技術進行三維重建，得到體繪制焦炭顯微結構三維重建圖。步驟三、對步驟二所述體繪制焦炭顯微結構三維重建圖的焦炭氣孔和焦炭基質進行人工識別，再對人工識別后的焦炭氣孔和焦炭基質涂以不同顏色，然后基于不同顏色的邊緣輪廓線進行分割，得到分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖。步驟四、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖從X軸、Y軸、Z軸進行1/2、或1/4、或1/8剖切處理，得到相應的焦炭顯微結構三維剖視圖。步驟五、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖中焦炭基質的透明度設為0，焦炭氣孔的透明度設為1，得到焦炭顯微結構三維透視圖。步驟六、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖用3D Slicer軟件統計焦炭氣孔所占像素點，按長度/像素的換算關系，計算出氣孔率。步驟七、對步驟一所述焦炭斷層序列二維顯微結構圖的焦炭光學組織進行人工識別，對人工識別后的焦炭光學組織涂以不同顏色，再基于不同顏色的邊緣輪廓線進行分割，然后對分割后的焦炭光學組織采用面繪制技術進行三維重建，得到面繪制焦炭顯微結構三維重建圖。所述平滑處理是在焦炭顯微圖片集中的任一副焦炭顯微圖片上取一個方形區域，該方形區域稱為平滑窗口；用所述平滑窗口在所述焦炭顯微圖片上滑動，用平滑窗口所覆蓋像素中的中間灰度值代替平滑窗口所對應像素的灰度值，每個像素都被掃描一次后則為平滑處理。所述拼接融合是將焦炭顯微圖片集中的所有焦炭顯微圖片按相鄰位置拼接為一幅，拼接時先去掉相鄰的焦炭顯微圖片的重疊部分。所述三維重建是基于相鄰層配準的插值方法對焦炭斷層序列二維顯微結構圖進行插值處理。所述分割過程是采用自動分割與手工分割相結合的人機交互處理方法。采用上述技術方案，本專利技術與現有技術相比具有以下優點：（1）本專利技術提供的焦炭顯微結構圖的三維重建方法，利用金相顯微鏡能得到不同倍數的焦炭顯微圖片集，通過濾波法經平滑處理后進行拼接融合，得到焦炭斷層序列二維顯微結構圖，獲得了較廣的組織分布圖，從而全面得到焦炭顯微結構信息。（2）本專利技術利用3D Slicer軟件對焦炭斷層序列二維顯微結構圖進行三維重建，得到體繪制焦炭顯微結構三維重建圖，克服了傳統二維分析方法的缺陷。通過旋轉可從各個角度更全面、直觀地觀察焦炭內部的三維形貌特征。（3）本專利技術通過分割、剖切和透視，依次得到分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖、焦炭顯微結構三維剖視圖和焦炭顯微結構三維透視圖，能更加準確和直觀地觀察到氣孔在焦炭內部呈貫穿型及連通型等氣孔，亦能觀察到氣孔和焦炭基質的相互交織和焦炭光學組織在三維空間的分布與毗鄰關系。（4）本專利技術基于相鄰層配準的插值方法對焦炭斷層序列二維顯微結構圖進行插值處理，可提高重建的精度；在分割過程中采用自動分割與手工分割相結合的人機交互處理方法，提高了重建準確度。（5）本專利技術只需要金相顯微鏡和計算機及其相應軟件，便可實現焦炭顯微結構圖的三維重建，操作簡單、實用、靈活性高和成本低。因此，本專利技術具有操作簡單、實用、靈活性高和成本低的特點，所得到的焦炭顯微結構圖能直觀、準確地反映焦炭內部的顯微結構，適用于焦炭顯微結構的研究。附圖說明圖1是本專利技術的一種頂裝焦顯微圖片集；圖2是對圖1拼接融合后的頂裝焦斷層序列二維顯微結構圖；圖3是對圖2進行三維重建后的體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖；圖4是對圖3分割后的體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖；圖5是由圖4得到的頂裝焦顯微結構三維重建透視圖；圖6是由圖2得到的面繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖；圖7是本專利技術的一種搗固焦顯微圖片集；圖8是對圖7拼接融合后的搗固焦斷層序列二維顯微結構圖；圖9是對圖8進行三維重建后的體繪制搗固焦顯微結構三維重建圖；圖10是對圖9分割后的體繪制搗固焦顯微結構三維重建圖；圖11是由圖10得到的搗固焦顯微結構三維重建透視圖；圖12是由圖8得到的面繪制搗固焦顯微結構三維重建圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步的描述，并非對本專利技術保護范圍的限定。實施例1一種頂裝焦顯微結構圖的三維重建方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：步驟一、先在頂裝焦表面選取一個區域作為待重建面，用金相顯微鏡拍攝所述待重建面，得到如圖1所示的頂裝焦顯微圖片集。再用濾波法對頂裝焦顯微圖片集進行平滑處理，然后拼接融合，得到如圖2所示的頂裝焦斷層序列二維顯微結構圖。所述金相顯微鏡的放大倍數為n倍，n為40。步驟二、利用3D Slicer軟件，對步驟一所述頂裝焦斷層序列二維顯微結構圖采用體繪制技術進行三維重建，得到如圖3所示的體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖。步驟三、對步驟二所述體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖的頂裝焦氣孔和頂裝焦基質進行人工識別，再對人工識別后的頂裝焦氣孔和頂裝焦基質涂以不同顏色，然后基于不同顏色的邊緣輪廓線進行分割，得到如圖4所示的分割后的體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖。步驟四、對步驟三所述分割后的體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖從X軸、Y軸、Z軸進行1/2剖切處理，得到頂裝焦顯微結構三維剖視圖。步驟五、對步驟三所述分割后的體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖中頂裝焦基質的透明度設為0，頂裝焦氣孔的透明度設為1，得到如圖5所示的頂裝焦顯微結構三維透視圖。步驟六、對步驟三所述分割后的體繪制頂裝焦顯微結構三維重建圖用3D Slicer軟件統計頂裝焦氣孔所占像本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種焦炭顯微結構圖的三維重建方法，其特征在于所述三維重建方法是：步驟一、先在焦炭表面選取一個區域作為待重建面，用金相顯微鏡拍攝所述待重建面，得到焦炭顯微圖片集；再用濾波法對焦炭顯微圖片集進行平滑處理，然后拼接融合，得到焦炭斷層序列二維顯微結構圖；步驟二、利用3D?Slicer軟件，對步驟一所述焦炭斷層序列二維顯微結構圖采用體繪制技術進行三維重建，得到體繪制焦炭顯微結構三維重建圖；步驟三、對步驟二所述體繪制焦炭顯微結構三維重建圖的焦炭氣孔和焦炭基質進行人工識別，再對人工識別后的焦炭氣孔和焦炭基質涂以不同顏色，然后基于不同顏色的邊緣輪廓線進行分割，得到分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖；步驟四、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖從X軸、Y軸、Z軸進行1/2、或1/4、或1/8剖切處理，得到相應的焦炭顯微結構三維剖視圖；步驟五、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖中焦炭基質的透明度設為0，焦炭氣孔的透明度設為1，得到焦炭顯微結構三維透視圖；步驟六、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖用3D?Slicer軟件統計焦炭氣孔所占像素點，按長度/像素的換算關系，計算出氣孔率；步驟七、對步驟一所述焦炭斷層序列二維顯微結構圖的焦炭光學組織進行人工識別，對人工識別后的焦炭光學組織涂以不同顏色，再基于不同顏色的邊緣輪廓線進行分割，然后對分割后的焦炭光學組織采用面繪制技術進行三維重建，得到面繪制焦炭顯微結構三維重建圖。...

【技術特征摘要】
1.一種焦炭顯微結構圖的三維重建方法，其特征在于所述三維重建方法是：步驟一、先在焦炭表面選取一個區域作為待重建面，用金相顯微鏡拍攝所述待重建面，得到焦炭顯微圖片集；再用濾波法對焦炭顯微圖片集進行平滑處理，然后拼接融合，得到焦炭斷層序列二維顯微結構圖；步驟二、利用3D Slicer軟件，對步驟一所述焦炭斷層序列二維顯微結構圖采用體繪制技術進行三維重建，得到體繪制焦炭顯微結構三維重建圖；步驟三、對步驟二所述體繪制焦炭顯微結構三維重建圖的焦炭氣孔和焦炭基質進行人工識別，再對人工識別后的焦炭氣孔和焦炭基質涂以不同顏色，然后基于不同顏色的邊緣輪廓線進行分割，得到分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖；步驟四、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖從X軸、Y軸、Z軸進行1/2、或1/4、或1/8剖切處理，得到相應的焦炭顯微結構三維剖視圖；步驟五、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖中焦炭基質的透明度設為0，焦炭氣孔的透明度設為1，得到焦炭顯微結構三維透視圖；步驟六、對步驟三所述分割后的體繪制焦炭顯微結構三維重建圖用3D Slicer軟件統計焦炭氣孔所占像素點，按長度/像素的換...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐維波，王煒，鄧明，章東海，薛正良，徐潤生，歐陽澤林，黃小波，
申請(專利權)人：武漢科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42